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走进不科学

作者:新手钓鱼人 | 分类:科幻 | 字数:251.1万

第454章 截然不同的结果(上)

书名:走进不科学 作者:新手钓鱼人 字数:5501 更新时间:2024-10-28 14:13:02

算术台上。

看着面前两个内容完全相同的通解。

在欣喜于一个难题突破的同时,徐云心中也再次浮现出了一丝感慨。

他想到了一个多星期前,发生在锦屏地深实验室的那件事儿。

当时诸多院士组成的复验组同样遇到了一个非常要命的问题,在W-玻色子的能级精度上卡了壳。

结果在众人苦思无果的情况下。

年逾百岁的王老站了出来。

他提出了用J粒子优化的方案,顺利解决了这个难题,这才有了后来的一系列事情。

今时今日。

杨老的这次出场,和王老何其相似?

同样年逾百岁,同样状态不佳,同样一击直达关键点

“家有一老,如有一宝啊”

徐云深深叹了口气,转头与对面的周绍平对视了一眼。

二人都从彼此的眼中,看出了一道想法:

一定不能浪费杨老的这番心血!

说句可能不太好听但却很真实的话。

对于杨老这种年龄的长者而言,这种准确涵盖具体流程的方案,消耗的就是他的寿命!

想到这里。

徐云再次拿起笔,飞快的进行起了下一步计算。

眼下随着杨老的这个提点,徐云和周绍平所踏出的第一步已经只剩下了计算问题。

毕竟杨老给出的可是通解。

通解二字关看字面意思,就不难理解它的用途。

所以很快。

徐云根据能量算符 E^=itφ及自由场为能量的本征函数,得到一个全新的‘态’。

这个‘态’是指‘冥王星’粒子确实存在的情况下,系统在真空状态前的基底态。

这涉及到了粒子物理.或者说量子力学中非常重要的一个模型。

也就是能量是量子化的,在这模型中有一个算符,叫做nk。

它表示模型有nk个波数为k的粒子——没错,nk个k,而不是n个k。

根据徐云他们得出的通解不难看出。

当nk=0时。

系统中一个粒子都没有,但是它的能量却并不为0,波函数也不为0。

这就是真空系统,所以“真空”的能量并不为0。

没错。

这就是赫赫有名的真空零点能的理论雏形,不过还需要补充虚粒子之类的概念,和眼下的情况无关,因此便暂且带过不表。

总而言之。

徐云得到的这个态,就是一个存在‘冥王星’粒子的系统转换成真空之前的态。

这种态的通解算符,叫做占有数算符,拥有一个归一化因子。

这个归一化因子,就是徐云和周绍平此番要找的一个核心数据。

用一个不太严谨但很好理解的例子来形容就是

我们想要在平面上描述定位一个点,最简单也是最合适的方法,就是用XY轴来表达它的位置。

也就是(4,2)或者(8,3)等等。

而归一化因子,就相当于是其中的X轴坐标。

锁定了归一化因子,剩下的环节自然就是找Y轴坐标了。

两个“坐标”一旦全部找到,那么就可以锁定那个最终目标。

当然了。

实际上的归一化因子是一个概率分布的描述方式,涉及到了组合学,此处也不多赘述。

“X轴坐标啊”

媒体直播区内,陈姗姗重复了一遍这个词,有些好奇的对张晗问道:

“张博士,如果把那个占有数算符看做X轴坐标的话,那么还需要的Y轴坐标又是什么呢?”

张晗想了想,解释道:

“徐博士和周院士计算出来的那个态位于特定的位形空间,相关内容可见曾谨言先生的《量子力学教程》第二版第8章8.2,具体是在第151页。”

“所以除了占有数算符外,他们必须要计算出一个经过偶数次置换的模量平方算符。”

陈珊珊眨了眨眼:

“模量平方算符?”

张晗肯定的点了点头:

“是的。”

与此同时。

台下一直在关注着徐云进度的陆朝阳,也在纸上写下了模量平方算符这几个字,并且画了个圈。

没错。

在计算出占有数算符后。

徐云和周绍平的下一个环节,就是得把‘冥王星’粒子的模量平方算符给计算出来。

或者准确点说就是.

角动量。

上辈子是粒子的同学应该知道。

谈论某个粒子的性质,其实就是在谈论这个粒子的场的拉氏量有什么样的特征。

这样一来呢。

就可以把粒子性质分为两种:

靠拉氏量就能体现出的特征,以及由相互作用体现出的粒子特征。

其中通过相互作用才能体现出的粒子性质有很多了,比如最具代表性的就是电荷这个概念。

所谓的电荷,其实就是复场的U(1)对称性导出的诺特荷。

当考虑U(1)对称性的定域化,就要引入某个无质量矢量场来与这个复场相互作用。

如果这个无质量矢量场是电磁场,则上述的诺特荷就被诠释为了电荷。

至于自由粒子拉氏量能直接体现出的粒子性质就比较少了,拢共只有两种。

一是粒子的质量,这由拉氏量中Φ项的系数给出。

二是粒子的自旋,这可以由拉氏量在空间转动变换下的诺特流给出。

对于‘冥王星’微粒来说。

目前包括徐云和威腾在内,没人任何人能够计算出它粒子的质量——因为信息不足。

但自旋就不一样了。

粒子物理里头有句烂大街的话,就是自旋是粒子的内禀属性。

内禀是个啥意思呢?

在电视剧里警察审讯一个人的时候,大家应该多多少少都听过这样一句话:

“xxx,你的秉性其实是不坏的,只是缺乏正确的引导罢了,进去以后好好改造,争取出来做个好人。”

这句话里的秉性其实和粒子的内禀在某些程度上是一样的,属于‘先天’的属性,诞生之初不会以环境为转移。

比如一个写小说的鸽子,虽然他欠了几十上百章更新,但他自身的秉性其实并不坏,只是有些懒罢了。

当然了。

这只是一个比喻。

实际上粒子的内禀性质非常复杂,涉及到了规范对称性。

比如徐云身边那位胖乎乎的尼玛——这里再解释一下,这位的名字真叫尼玛,英文名为Nima Arkani-Hamed。

在数年前,尼玛曾经说过一句很有名的话:

3不等于2,这就是规范对称性,2不大于3,这就是内禀。

总而言之。

就像球面这种二维面其实并不依赖嵌入到三维空间里,所以曲率就是其内禀属性一样,模量平方算符也是一个可以用数学计算出来的内禀属性。

只要确定了模量平方算符,再加上之前的占有数算符,就能锁定‘冥王星’粒子的概率位置。

ωωω▪ttκan▪¢〇

或者准确点说。

这是数学上的概率位置,能不能捕捉到就需要实际操作了。

要是玉皇老儿在自家地界不准备给西方的上帝面子的话,威腾到头来竹篮打水一场空也说不定。

“小徐。”

在确定好准备计算模量平方算符后,周绍平沉吟片刻,对徐云说道:

“这样,球坐标基矢对各坐标变量的导数交给你来做,没问题吧?”

徐云翻了翻文件,快速点点头:

“没问题。”

说完他顿了顿,犹豫片刻,又补充了一句:

“周院士,要不径向和角向分解也交给我来吧?”

徐云的这番话不是逞强,也不是抢戏,而是有些担心周绍平的身体。

虽然周绍平比杨老要年轻一轮,但年纪也奔着90去了,今天前前后后还忙活了这么久,体力和精力的损耗其实是很大的。

他这个25岁的年轻人此时都有些疲惫,周绍平的情况肯定要更糟糕,只是一直强撑着罢了。

实际上不仅仅是周绍平。

现场除了尼玛这个五十岁的“年轻人”,剩下的希格斯、特胡夫特、波利亚科夫都是八十九十岁的人,到了这时候精力的损耗都不低。

只是眼下这个情况说是分组计算,实质上也可以看做一次无声的战场,各人代表的都是各自的国家——例如希格斯身边的都是英国人,特胡夫特的两位助理也都是尼德兰人,波利亚科夫的助理则是毛熊人。

因此众人虽累,却没人愿意先开口退场。

周绍平显然也明白这一点,只见他稍加思索,便很快点了点头:

“好,那就辛苦你了,小徐。”

听闻此言。

周绍平对面的杨老不由抬起头,轻轻看了他一眼。

虽然杨老前半生常年待在国外,2003年底才重新回国,与国内的科研派系没太多纠葛与接触。

但周绍平在国际上也颇有名气,因此他的性格和经历杨老还是有所耳闻的。

周绍平早些年有个很喜欢的学生,天资极佳,大二的时候就被已经当选院士的周绍平收做了弟子。

几年后,那位学生考上研究生,顺利的进入了周绍平的项目组。

结果在某次实验中。

周绍平因为一直加班身体欠佳,那位学生便主动提出了为周绍平分担部分项目的想法,周绍平很自然的同意了。

结果

那位学生在某个环节上出现了计算失误,导致光源因量级过大而超限溢出,造成了设备的严重损坏。

最终整个项目功亏一篑,5000多块钱的经费打了水漂。

要知道。

那可是1983年的五千块钱。

同时由于实验使用的是一代辐射光源,超限后的辐射射线直接穿过了纵向梯度二极磁铁,导致四位最近的研究人员遭到了辐射,出现了严重的热辐射烧伤现象。

其中一人在三年后去世,一人肺部出现了极其严重的后遗症,一人双目失明。

没错。

这就是发生在怀柔基地的那次意外,也是华夏高能物理史上相当惨重的一次实验事故。

而那位双目失明的工作人员,正是周绍平的学生黄武祥。

自那之后。

周绍平平日里虽然乐呵呵的不发脾气,但在研究上却有个很古怪的坚持:

凡是已经划定好的任务,他绝不会交给别人去做。

这个习惯周绍平保持了整整40年,没想到在今天他居然.

破例了?

是因为体力不支?

杨老扫了眼周绍平,心中轻轻摇了摇头。

不太像。

虽然周绍平看起来确实有点疲惫,但无论是脸色还是计算效率,都远远没有到‘撑不下去’这种程度。

而既然不是体力原因,那么答案就只有一个了——

周绍平遇到了可以真正信赖的后辈,这股信心之强,硬生生盖过了心中的那道梦魇。

想到这里。

杨老又悄悄看了眼身边的徐云,脸上的表情有些微妙。

周绍平、章公定、侯星远、王老.哦,还有杨老本人。

不知不觉中。

这个年轻人已经与如此多老一辈院士有过接触,并且得到了他们的承认与帮助,被一位又一位老院士载予厚望。

纵观整个华夏科学界的年轻一代,徐云是唯一一人。

不过很有意思的是.

他本人似乎并没意识到这一点?

其实如果徐云能追更到这一章的话,他或许能透过文字内容了解到杨老心中所想。

但遗憾的是,他并没有这个能力。

所以此时他的心思压根就没去考虑什么期待或者信任,而是一心投放到了数据的计算上。

毕竟这是最后的boss了。

有着狄利克雷的加持,徐云的脑海显得一片清明。

唰唰唰——

大量的公式随着笔尖的移动,一个接一个的出现在了算纸上。

模量平方算符中同时含有位置算符与动量算符,二者存在一种很精确的对易关系。

如果是通过现象测得的微粒,推导起来其实是很容易的,套模板就行了。

但问题是‘冥王星’粒子并没有被捕捉过,所以推导过程就非常麻烦了。

而徐云这次准备的切入点是

庞加莱群。

因为庞加莱群有个很特殊的地方:

它的表示可以完全由其迷向子群及诱导表示决定。

借助 Poincare群万有覆盖的小群在自旋空间上的表示,即可得到该万有覆盖在希尔伯特空间上的不可约幺正表示,即诱导表示。

不同的迷向子群给出不同的诱导表示,对应不同的单粒子态。

即粒子的不可约幺正表示,是完全由时空的基本对称性决定了的,不会有其他因素干扰。

嗯,上面这段话是标准的汉字和人话。

过了片刻。

徐云在密级的计算内容下方,写下了算符 l^z本征值为 m的本征态:

l^+ψm=Cψm+1

同时[l^z,l^+]=l^+可得 l^zl^+=l^++l^+l^z=l^+(1+l^z),所以可见 l^+相当于一个生成算符, l^相当于一个湮灭算符。

它们使得 l^z的本征值总是依次递增或递减整数1,当角动量的模量平方取定且 l^z的最大本征值为m=l-1时,则必有l^+ψl=0。

看到这里。

可能有部分众所周同学就感觉有些奇怪了:

为什么最大本征值是m=l-1呢,不应该是等于l吗?

原因很简单。

因为当角动量的模量平方取定且l为 m的量最大允许值时,本征值为l+1的态是不存在的。

由于系统总可以处于轨道角动量为0的状态,所以0必是分量算符 l^z的一个本征值。

而由l^+与l^的行为可知,对于角动量分量算符 l^z,它的相邻本征值之间总是相差一个整数1。

所以分量算符 l^z的本征值只能为m=0,±1,±2,.±l-1。

当然了。

徐云能够想到这点,很大部分要归功于此时他拥有的视野。

就像威腾他们之前忽略了孤位基矢的畸变一样,l+1的态并不在常规的校验范围里,比它重要的流程还有不少。

而一旦在这里计算失误

那么这次的推导.至少周绍平和徐云代表的科院组的推导,将会彻底功亏一篑。

解决了这个问题,剩下的就是二元旋量了。

在这个过程中。

需要把 s^z的本征值σ看作是一个变量,则粒子的自旋波函数是σ的函数——此前提及过,冥王星粒子的自旋是半奇数,也就是1/2、3/2或者5/2等等

因此它的矩阵因素只有一种表现形:

ξ′1η′2ξ′2η′1=(αδβγ)(ξ1η2ξ2η1)。

这是两个二元旋量的组合,是一个在二元旋量空间中的标量。

写到这里。

徐云再次翻动了一下之前的数据。

“果然没错.行列式等于1,这就是导致flux取值太大的真正原因。”

其实在之前的过程中,徐云一直感觉有一个疑惑没有被解答:

那就是在孤点粒子测算中,预期的background是3.2fb^-1——这是他亲手检测出来的数据,并且检测了不止一次。

但对应的flux取值却依旧变大了,虽然现象上看是因为‘冥王星’微粒的影响,可空间算符上却一直没有一个合适的解释。

如今看来

原因就是因为变换后的行列式等于1。

也就是它的外部限制条件改变了。

因为对于非相对论情形,ξ1ξ1+ξ2ξ2的物理意义是在空间中确定的某一点处找到粒子的概率。

因此ξ1ξ1+ξ2ξ2必须是一个标量,即应有:

ξ′1ξ′1+ξ′2ξ′2=(Uκ1ξκ)(Uκ1ξκ)+(Uκ2ξκ)(Uκ2ξκ)=ξ1ξ1+ξ2ξ2。

但对于相对论情形,ξ1ξ1+ξ2ξ2的物理意义不再是在空间中确定的某一点处找到粒子的概率,而是一个四维矢量的时间分量。

也就是它只有3个独立的实参量,并且其中一个是固.等等!

蓦然。

徐云在纸上行进的笔尖突兀一顿,脑海中冒出了一个有些惊悚的念头。

“卧槽,不会是那玩意儿吧?.”